(57)【要約】【課題】燃料電池システムの加熱用バーナで、燃料電池システムのパージガス排出処理を行う時に、良好な燃焼を行い、簡素化された構成で触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消を行って安全を確保すること。【解決手段】燃料ガス８を噴出するディストリビュータ９と、空気噴出部１０と、空気噴出部１０の周囲に設ける空気室１８と、空気室１８の内部に隔壁３３により、空気噴出部１０の周囲に、空気室１８と仕切られた混合室３２と、混合室３２の内部に燃料電池システムのパージガス３６を供給するパージガス管３５を備え、燃料電池システムの諸系路から排出されるパージガス３６やパージガス３６により系路外に排出されたガス体を混合室３２内で均一に混合し、空気噴出部１０から噴出し、安定して燃焼させ、触媒層３の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴出するディストリビュータと、このディストリビュータの周囲に設け、燃料に空気を供給する空気噴出部と、この空気噴出部の周囲に設ける空気室と、この空気室に空気を供給する送風手段と、前記空気室の内部に隔壁により、空気噴出部の周囲に、空気室と仕切られて設けた混合室と、この混合室の内部に燃料電池システムのパージガスまたはパージガスにより系路外に排出されたガス体を供給するためにその端部を開口して設けるパージガス管を備えた燃焼装置。
【請求項２】
燃料電池システムに供給する水素を発生させる水素生成器の加熱用に用いた請求項１に記載の燃焼装置。
【請求項３】
パージガスは、燃料電池システムに水素を供給する水素生成器の原料ガスと同一にした請求項１または２記載の燃焼装置。
【請求項４】
混合室は、隔壁に複数個の連通口を設け、空気室から空気を供給した請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項５】
パージガス管は、その管内流速がパージガスの燃焼速度以上になるように構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項６】
パージガス管は、混合室に臨ませる開口に複数個の孔を有するフタを設け、その孔の開口がパージガスの消炎距離以下の径または長さになるように構成した請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項７】
パージガス管は、その開口から混合室に流入するパージガスが空気噴出部から噴出するときに炎検知部に影響を与えないような位置に開口を設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項８】
パージガス管は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード側のパージガスを混合室に供給し、空気噴出部から空気とともに噴出し、燃焼させた請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項９】
ディストリビュータは、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード側のパージガスまたはパージオフガスを燃料とともに噴出し、燃焼させた請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１０】
ディストリビュータは、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器のパージガスまたはパージオフガスを燃料とともに噴出し、燃焼させた請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１１】
カソード側またはアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスを噴出し、燃焼させる時に、ディストリビュータから噴出する燃料と空気噴出部から供給する空気を用いて行う定常燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定した請求項１〜１０のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１２】
カソード側のパージガスとアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスの噴出が同時に起こらないようにパージガスまたはパージオフガスの供給を行った請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【請求項１３】
アノード側のパージガスは、水素生成器側の原料供給用流路を通過した後にアノード側に供給した請求項１〜１２のいずれか１項に記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成して発電を行う燃料電池システムの水素生成器の加熱に用いる燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃焼装置は、燃料電池発電装置の停止時に、燃料電池や燃料改質器等の諸機器における可燃性ガス系内に、水蒸気を流通して可燃性ガスをパージし、燃料改質器中の触媒層の出口温度が所定温度に低下した時点で、原料ガスを導入して前記系内の水蒸気をパージした後、前記系内を外気と遮断するが、この時に原料ガスを導入して前記系内の水蒸気をパージする際、前記系外に排出する原料ガス（可燃性ガスを含む）を燃焼させて排出するようにしている。（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２８２１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来技術では、燃料電池システムの諸系路、例えば水素生成器（改質器）の水素発生系路や燃料電池のカソード（空気極）の系路やアノード（燃料極）の系路のパージを行うときは、パージガスやパージガスにより系路外に排出される成分の異なるガス体を安全に安定して燃焼できないという課題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、燃料電池システムの諸系路から排出されるパージガスやパージガスにより系路外に排出されたガス体を水素生成器の加熱用燃焼装置で、安定して燃焼させる構成を提供することを目的とする。
【０００５】
また、この構成により燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、燃料電池システムの触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃焼装置は、燃料を噴出するディストリビュータと、このディストリビュータの周囲に設け、燃料に空気を供給する空気噴出部と、この空気噴出部の周囲に設ける空気室と、この空気室に空気を供給する送風手段と、前記空気室の内部に隔壁により、空気噴出部の周囲に、空気室と仕切られた混合室と、この混合室の内部に燃料電池システムのパージガスまたはパージガスにより系路外に排出されるガス体を供給するためにその端部を開口して設けるパージガス管を備えたものである。
【０００７】
この燃焼装置によって、パージ管から供給されるパージガスまたはパージガスにより系路外に排出されるガス体を混合室内で均一に混合し、この混合気を空気噴出部から噴出して燃焼を可能にするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の燃焼装置は、燃料電池システムの諸経路から排出されるパージガスやパージガスにより系路外に排出されたガス体を安全に安定して燃焼させることができ、燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、水素生成器の触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、燃料を噴出するディストリビュータと、このディストリビュータの周囲に設け、燃料に空気を供給する空気噴出部と、この空気噴出部の周囲に設ける空気室と、この空気室に空気を供給する送風手段と、前記空気室の内部に隔壁により、空気噴出部の周囲に、空気室と仕切られた混合室と、この混合室の内部に燃料電池システムのパージガスを供給するためにその端部を開口して設けるパージガス管を備えたことにより、燃料電池システムの諸系路から排出されるパージガスやパージガスにより系路外に排出されたガス体をパージ管から供給し混合室内で均一に混合し、この混合気を空気噴出部から噴出してで、安定して燃焼させ、燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、水素生成器の触媒層の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。
【００１０】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃焼装置は、燃料電池システムに供給する水素を発生させる水素生成器の加熱用に用いたことにより、水素生成器の加熱用とバージガス排出処理用の燃焼装置を共通化できるので、構成も簡単になりコストダウンを図ることができる。
【００１１】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の燃焼装置は、パージガスは、燃料電池システムに水素を供給する水素生成器の原料ガスと同一にしたことにより、水素生成器の加熱用燃焼装置で定常の燃焼を行うのと同等の燃焼でパージガス排出処理が行えるので、構成も簡素化し、信頼性を高めることができる。
【００１２】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の混合室は、隔壁に複数個の連通口を設け、空気室から空気を供給したことにより、混合室内に複数個の連通口から空気を分散して供給するので、パージガスと空気の混合を促進し濃度を均一に保ち、空気噴出部から噴出して、安定な燃焼を行うことができる。
【００１３】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明のパージガス管は、その管内流速がパージガスの燃焼速度以上になるように構成したことにより、混合室内に逆火してもパージガス管内に逆火することが無く、燃料電池システムの諸系路、例えばカソード側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。
【００１４】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明のパージガス管は、混合室に臨ませる開口に複数個の孔を有するフタを設け、その孔の開口がパージガスの消炎距離以下の径または長さになるように構成したことにより、混合室内に逆火してもフタの複数個の孔に火炎が形成しないので、燃料電池システムの諸系路、例えばカソード側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。
【００１５】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明のパージガス管は、その開口から混合室に流入するパージガスが空気噴出部から噴出するときに炎検知部に影響を与えないような位置に設けたことにより、パージガスの流れが火炎の一部を乱して火炎をリフトさせる部分を避けるので、炎検知部の誤動作を防止して、安定した燃焼状態を持続させパージガス排出処理を行うことができる。
【００１６】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明のパージガス管は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード側のパージガスを混合室に供給し、空気噴出部から空気とともに噴出し、燃焼させたことにより、カソード（空気極）側から供給されるパージガスまたはパージガスと空気の混合気が混合室に供給され、空気と混合するだけなので、空気噴出部から噴出する混合気濃度は定常の燃焼よりも希薄で、ディストリビュータから噴出する燃料の燃焼を妨げることが無く、混合室内への逆火も防止することができ、安定したパージガス排出処理を行うことができる。
【００１７】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明のディストリビュータは、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード側のパージガスまたはパージオフガスを燃料とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガスまたはパージオフガスをディストリビュータから噴出させる燃料として使用できるので、水素生成器を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。
【００１８】
第１０の発明は、特に、第１〜９のいずれか１つの発明のディストリビュータは、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器のパージガスまたはパージオフガスを燃料とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガスまたはパージオフガスをディストリビュータから噴出させる燃料として使用できるので、水素生成器を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。
【００１９】
第１１の発明は、特に、第１〜１０のいずれか１つの発明のカソード側またはアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスを噴出し、燃焼させる時に、ディストリビュータから噴出する燃料と空気噴出部から供給する空気を用いて行う定常燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定したことにより、カソード側のパージガスを空気噴出部から噴出した時やアノード側と水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスをディストリビュータから噴出した時に定常燃焼の燃料の流量に追加されても空気量を増加させているので、安定した燃焼状態を実現し、パージガスまたはパージオフガスの増加分を吸収してパージガス排出処理を行い、信頼性を高めることができる。
【００２０】
第１２の発明は、特に、第１〜１１のいずれか１つの発明のカソード側のパージガスとアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスの噴出が同時に起こらないようにパージガスまたはパージオフガスの供給を行ったことにより、カソード側のパージガスの燃焼による加熱量の増加とアノード側または水素生成器側のパージガスまたはパージオフガスの燃焼による加熱量の増加が同時に起こらないので、水素生成器の温度上昇を抑制して触媒層の劣化を防止することができる。
【００２１】
第１３の発明は、特に、第１〜１２のいずれか１つの発明のアノード側のパージガスは、水素生成器側の原料ガスの供給用流路を通過した後にアノード側に供給したことにより、アノード側と水素生成器側のパージガス排出処理を一連の動作で行うので、構成を簡素化でき、コストダウンを図ると共に信頼性を高めることができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムに用いられる水素生成器の全体構成図である。
【００２４】
また、図２は、本発明の第１の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【００２５】
図１において、１は、都市ガス（またはＬＰＧ）を原料として燃料電池システムに供給する水素を生成する水素生成器であり、２は、脱硫装置（図示なし）で処理を行った後の都市ガス（またはＬＰＧ）等の炭化水素系の成分で形成した原料ガス、３は、ニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を充填した触媒層で、この触媒層３で原料ガス２を水蒸気改質反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４を生成する。この生成反応は７００℃程度の高温で生じる吸熱反応であるため、燃焼装置５により高温の燃焼ガスを供給して原料ガス２と触媒層３を加熱している。
【００２６】
燃焼装置５は、都市ガス６（またはＬＰＧ）や燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）、または都市ガス６とオフガス７を混合して燃料とし、燃料ガス８としてディストリビュータ９から噴出し、空気噴出部１０の周囲から燃焼用の空気１１を供給することにより、火炎１２を形成し燃焼を行う。円管状のディストリビュータ９の先端には、燃料ガス８を噴出する複数個のノズル１３がディストリビュータ９の半径方向に設けられ、燃料ガス８を放射状に噴出する構成としている。空気噴出部１０は、複数個の空気噴出孔１４を空気噴出部１０の側面に略直角に設けている。空気噴出部１０は、ディストリビュータ９を中心として、火炎１２の出口方向に徐々に拡大するようにカップ状に燃焼室１５を形成し、燃焼用の空気１１を燃焼室１５内に供給する構成としている。空気噴出孔１４は、上下方向の配列を千鳥状に設けている。ディストリビュータ９のノズル１３は、空気噴出部１０の空気噴出孔１４の最下段に設ける空気噴出孔１６とほぼ対向する位置になるように配置している。また、空気噴出部１０の底部には複数個の下部空気噴出孔１７を設け、ディストリビュータ９の軸方向と平行方向に空気１１の一部を噴出する構成としている。
【００２７】
１８は、燃焼室１５に空気１１を供給する空気室で、空気室１８は、空気噴出部１０の周囲に設けられ、空気の流れの上流側に位置している。空気室１８一部には、管状の送風通路１９が連通している。送風通路１９の他方には送風手段２０が設けられている。送風手段２０は、空気１１を供給する送風機で構成され、羽根車には高圧を出せるターボファンやラジアルファン等を用い、それを制御部２１のコントロールのもとにモータで回転させるようにしている。
【００２８】
２２は、燃焼装置５によって生じる火炎１２が触媒容器２３に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス２４の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス２４は、触媒容器２３の周囲に沿って流れ、水素生成器１の外部に排出される。
【００２９】
２５は、ディストリビュータ９の中央に、ディストリビュータ９を貫通するように設ける挿入通路で、挿入通路２５は、ディストリビュータ９とは、隔離して構成され、燃料ガス８が進入することはない。２６は、挿入通路２５内に挿入する着火用の電極で、耐熱性のカンタル線やエスイット線で構成している。電極２６の周囲は、絶縁用の絶縁碍子２７で被覆されている。絶縁碍子２７は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。電極２６の先端は、燃焼室１５に臨み、ディストリビュータ９の天板２８に火花放電が飛ぶように、位置決めを行っている。
【００３０】
２９は、炎検知手段で、耐熱性のカンタル線やエスイット線でフレームロッドを構成し、火炎１２の有無を検知している。炎検知手段２９の周囲は、絶縁用の絶縁碍子３０で被覆されている。絶縁碍子３０は、耐熱性のアルミナ、シリカ等のセラミック材で形成し、その表面は、ガラス成分からなる釉薬が塗布されている。炎検知手段２９の先端は、燃焼室１５に臨み、曲率をもって屈曲し、空気噴出部１０の内壁に沿って、所定の間隙を有しながら、火炎１２中に臨むように位置を決められている。炎検知手段２９の装着は、空気噴出部１０の上部に設ける燃焼筒２２の下部の一部を拡管して設ける空間３１から炎検知手段２９の先端を延長して、空気噴出部１０の内壁に沿って臨ませている。制御部２１の指示により、炎検知手段２９に交流もしくは直流の電圧を印加して、火炎１２中のイオン電流を検知している。炎検知手段２９のデータは、電圧値または電流値として判定を行っている。
【００３１】
３２は、混合室で、空気室１８の内部に空気噴出部１０の周囲を円筒状の隔壁３３で覆うように構成している。隔壁３３は、空気噴出部１０と同じ耐熱材料（例えばステンレスのＳＵＳ３１０Ｓ等）で構成され、空気室１８の内部を仕切る形で混合室を形成している。これにより空気噴出部１０を中心にして、その外側に混合室３２と隔壁３３と空気室１８が略同心円上に配置されている。隔壁３３には、複数個の連通口３４が設けられ、送風通路１９から空気室１８に供給される空気１１を分散して混合室３２に供給するようにしている。３５は、パージガス管で、その先端が混合室３２の内部に開口されている。パージガス管３５は、耐熱材料（例えばステンレスのＳＵＳ３１０Ｓ等）で構成され、混合室３２の底板部分に漏れのないように溶接され連結している。３６は、都市ガス６（またはＬＰＧ）等で形成するパージガスである。パージガス管３５内をパージガス３６またはパージガス３６と空気の混合体または空気が流通するようにしている。３７は、燃料供給管で、ディストリビュータ９の上流に連結している。燃料供給管３７には、燃料電池システムの起動時に使用する都市ガス６（またはＬＰＧ）等の炭化水素系の燃料ガス８と燃料電池システムの発電中に燃料電池から排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を供給するようにしている。
【００３２】
図２において、燃焼装置５は、水素生成器１の下部に装着している。燃焼装置５のディストリビュータ９には、燃料供給管３７が連結され、燃料供給管３７の他方は、燃料電池３８のアノード（燃料極）３９側の出口４０と連結している。
【００３３】
水素生成器１には、触媒容器２３に充填された触媒層３に原料ガス２を供給する原料供給管４１が連結され、この原料供給管４１は、ポンプやブースターで構成する加圧手段４２を介して家庭等のガス配管（図示なし）と連結している。燃料ガス８は、この原料供給管４１を通り、水素生成器１を通過し、オフガス管４３を介して燃料電池３８のアノード３９の入口４４に供給される。ただし、水素生成器１の起動の加熱時は、燃料ガス８をアノード３９に送るのではなく、オフガス管４３の途中に設けた燃料入り弁４５を介して連通管４６から燃料供給管３７に送るようにしている。この連通管４６と燃料供給管３７の結合部分とアノード３９の出口４０の途中に燃料出弁４７を設けている。水素生成器１の温度が上昇し原料ガス２が触媒層３により水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガス４に変化したときに、燃料入り弁４５と燃料出弁４７を切り替えて生成ガス４をアノード３９の入口４４に送るようにしている。
【００３４】
水素生成器１では、触媒層３を出た生成ガス４を変成部４８と選択酸化部４９を通過させて、ＣＯ濃度を低下させた後にアノード３９に供給するようにしている。水素生成器１は、触媒層３とこの触媒層３を加熱する燃焼装置５と変成部４８と選択酸化部４９を一体化させて構成している。
【００３５】
燃焼装置５の混合室３２に開口されたパージガス管３５の他方は、燃料電池３８のカソード（空気極）５０側の出口５１と連結し、このカソード５０の入口５２には、送風機やポンプで構成されるカソード空気供給手段５３が空気供給管５４を介して連結されている。この空気供給管５４の途中に空気入り弁５５が設けられ、パージガス排出処理以外の時は、空気供給管５４を介してカソード空気５６をカソード５０の入口５２に供給するようにしている。
【００３６】
発電を停止してカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、原料供給管４１から燃料弁５７を介してカソードパージガス管５８を空気入り弁５５に結合し、空気入り弁５５を切り替えてパージガス３６ａをカソード５０内に導入する。カソード５０の出口５１に連結されたパージガス管３５の途中に空気出弁５９が設けられ、この空気出弁５９の切替により、カソード５０内からパージガス３６ａにより押し出されたカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給され、空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード５０内がパージガス３６ａだけで充填された後に、空気出弁５９の下流に設けた封止弁６０と燃料弁５７を閉止状態にしてカソード５０側の系路をパージガス３６ａで封止するようにしている。発電を停止しないときは、カソード５０の出口５１からは、カソード空気５６の残りと水蒸気の混合ガスが排出されるので、空気出弁５９の切替により、パージガス管３５にこの混合ガスが行かないようにして熱交換器（図示なし）の系路に向かうようにしている。
【００３７】
また、カソード５０の入口５２に連結された空気供給管５４と空気入り弁５５の途中に置換空気供給管６１を連結し、この置換空気供給管６１の他方にはポンプやブースターで構成する置換空気供給手段６２を設けている。置換空気供給手段６２の下流側の置換空気供給管６１の途中に置換空気弁６３を設け、置換空気供給管６３を閉止できるようにしている。
【００３８】
また、発電を停止してアノード３９をパージガス３６ｂで置換するときは、燃焼装置５の燃焼を停止し、送風手段２０によりポストパージを行い、触媒層３の温度を約１５０℃に低下させた（触媒層３の炭素析出による劣化防止のため）後に、原料供給管４１からパージガス３６ｂを水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９に順次供給し、オフガス管４３を介してアノード３９の入口４４からアノード３９内に導入する。アノード３９の出口４０に連結された燃料供給管３７を介して、アノード３９内からパージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やオフガス７とパージガス３６ｂの混合ガスが燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成し、燃焼するようにして、アノード３９側のパージガス排出処理を行うようにしている。この時、燃料入り弁４５と燃料出弁４７を適宜切り替えている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、アノード３９内がパージガス３６ｂだけで充填された後に、燃料入り弁４５と燃料出弁４７を閉止状態にしてアノード３９側の系路をパージガス３６ｂで封止するようにしている。
【００３９】
また、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するときは、アノード３９側のパージガス排出処理と合わせて行い、パージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やオフガス７とパージガス３６ｂの混合ガス（アノードオフガスと同じ）が燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成し、燃焼するようにして、水素生成器１側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９内がパージガス３６ｂだけで充填された後に、水素生成器１に連結した原料供給管４１の水素生成器１の上流に設けた閉止弁６４とディストリビュータ９に連結する燃料供給管３７に設けたバーナ弁６５を閉止状態にして水素生成器１側の系路をパージガス３６ｂで封止するようにしている。
【００４０】
燃料電池システムを起動するときは、カソード５０側では、置換空気供給手段６２を作動し、置換空気弁６３を開放し置換空気供給管６１から空気供給管５４を介してカソード５０の入口からカソード５０内に置換空気６６を供給し、カソード５０内に充填されていたパージガス３６ｂをカソード５０の出口５１からパージガス管３５に押し出す。この時、封止弁６０を開放し、パージガス３６ｂや置換空気６６とパージガス３６ｂの混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給され、空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード５０内が置換空気６６だけで充填された後に空気入り弁５５を切り替えて、空気供給管５４を介してカソード空気供給手段５３によって供給されるカソード空気５６をカソード５０の入口５２に供給するようにしている。
【００４１】
燃料電池システムを起動するときは、アノード３９側では、水素生成器１の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス３６ｂで封止状態を維持している。水素生成器１側では、閉止弁６４とバーナ弁６５を開放してオフガス管４３の途中に設けた燃料入り弁４５を介して連通管４６から燃料供給管３７にパージガス３６ｂを送るようにしている。原料供給管４１からは、燃料ガス８（パージガス３６ｂと同じ）を供給し、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するような形で燃焼装置５を燃焼させ、水素生成器１を加熱するようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。
【００４２】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４３】
まず、燃焼装置５で水素生成器１を加熱する時は、制御部２１により送風手段２０を作動し、燃焼用の空気１１を送風する。空気１１は、送風ダクト１９を通り空気室１８に流入し、空気噴出部１０の空気噴出孔１４から燃焼室１５に供給される。ここで、ディストリビュータ９のノズル１３から燃焼速度や流量の異なる都市ガス６（またはＬＰＧまたは炭化水素系燃料）の燃料ガス８を噴出すると、このディストリビュータ９から放射状に噴出された燃料ガス８と略対向する最下段の空気噴出孔１６から供給された空気１１とが衝突し混合する。この時、ディストリビュータ９の中央に、ディストリビュータ９を貫通するように設ける挿入通路２５から燃焼室１５に臨ませた電極２６により、火花放電が行なわれ、燃料ガス８に着火が行なわれる。燃料ガス８は空気噴出部１０の開口部方向へ流れて行くが、空気噴出部１０の形状を図示したようにカップ状としているため、燃料ガス８の流路断面積が連続的に拡大し、それによって燃料ガス８の流速が減少し、その流速が都市ガス６の燃焼速度と同等またはそれ以下となった場所で、部分的な予混合の火炎１２を生じて燃焼する。この燃焼により水素生成器１の触媒層３を加熱し、改質反応を促進し生成ガス４を発生させる。触媒層３を出た生成ガス４を変成部４８と選択酸化部４９を通過させて、ＣＯ濃度を低下させた後にアノード（燃料極）３９に供給し、カソード（空気極）５０との間で発電を行う。発電時は、水素生成器１から燃料電池システム（図示なし）に供給された生成ガス４の残りとして排出されるオフガス７（未反応水素ガス）を燃料供給管３７を介して燃料ガス８として供給し、水素生成器１の触媒層３を加熱し、改質反応を促進していく。この時、炎検知手段２９により火炎１２が安定した燃焼状態を維持しているのかをモニターする。火炎１２の燃焼ガス２４は、水素生成器１から排気用の通路（図示なし）を介して燃料電池システムの外部に排出する。以上の燃焼が定常の燃焼である。パージガス排出処理を行うときは、この燃焼が種火となり、定常の燃焼の空気比（安定燃焼を維持するための所定の燃料ガス８（都市ガス６またはオフガス７等）に対する空気１１の量の比率）を過剰に設定し、前もって空気１１の量を増加させておく。
【００４４】
発電を停止してカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、燃料弁５７を切り替えて、原料供給管４１からカソードパージガス管５８にパージガス３６ａを送り、空気入り弁５５を切り替えてパージガス３６ａをカソード５０内に導入する。空気出弁５９を切り替えてカソード５０内からパージガス３６ａにより押し出されたカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスをパージガス管３５に送り、混合室３２に供給して空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード５０内がパージガス３６ａだけで充填された後に封止弁６０と燃料弁５７を閉止状態にしてカソード５０側の系路をパージガス３６ａで封止する。
【００４５】
また、発電を停止してアノード３９をパージガス３６ｂで置換するときは、燃焼装置５の燃焼を停止し、送風手段２０によりポストパージを行い、触媒層３の温度を約１５０℃に低下させた後に、原料供給管４１からパージガス３６ｂを水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９に順次供給し、オフガス管４３を介してアノード３９内に導入する。アノード３９内からパージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やオフガス７とパージガス３６ｂの混合ガス（アノードオフガス）が燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成し、アノード３９側のパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、アノード３９内がパージガス３６ｂだけで充填された後に、燃料入り弁４５と燃料出弁４７を閉止状態にしてアノード３９側の系路をパージガス３６ｂで封止するようにしている。
【００４６】
また、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するときは、アノード３９側のパージガス排出処理と合わせて行い、パージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やオフガス７とパージガス３６ｂの混合ガス（アノードオフガスと同じ）が燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成し、燃焼するようにして、水素生成器１側のパージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９内がパージガス３６ｂだけで充填された後に、閉止弁６４とバーナ弁６５を閉止状態にして水素生成器１側の系路をパージガス３６ｂで封止するようにしている。
【００４７】
燃料電池システムを起動する時は、燃焼装置５で水素生成器１を加熱する前に置換空気供給手段６２を作動し、置換空気弁６３を開放し置換空気供給管６１から空気供給管５４を介してカソード５０の入口からカソード５０内に置換空気６６を供給し、カソード５０内に充填されていたパージガス３６ａをカソード５０の出口５１からパージガス管３５に押し出す。この時、封止弁６０を開放し、パージガス３６ａや置換空気６６とパージガス３６ａの混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給され、空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード５０内が置換空気６６だけで充填された後に空気入り弁５５を切り替えて、空気供給管５４を介してカソード空気供給手段５３によって供給されるカソード空気５６をカソード５０の入口５２に供給するようにしている。
【００４８】
燃料電池システムを起動するときは、アノード３９側では、水素生成器１の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス３６ｂで封止状態を維持している。水素生成器１側では、閉止弁６４とバーナ弁６５を開放して、燃料入り弁４５を介して連通管４６から燃料供給管３７にパージガス３６ｂを送るようにしている。原料供給管４１からは、燃料ガス８（パージガス３６ｂと同じ）を供給し、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するような形で燃焼装置５を燃焼させ、水素生成器１を加熱するようにして、パージガス排出処理行うようにしている。
【００４９】
以上のように、本実施の形態においては、空気噴出部１０の周囲に設けた混合室３２にパージガス管３５を介して燃料電池３８のカソード５０側のパージガス３６ａやパージガス３６ａとカソード空気５６の混合ガスを供給して、燃焼室１５内に形成した火炎１２で燃焼できるので、パージガス３６ａを燃料電池システムの外部にそのまま可燃ガスとして放出することがなく、安全性の確保を行うことができる。
【００５０】
また、燃料電池３８のアノード３９側のパージガス３６ｂやパージガス３６ｂにより系路外に排出されるガス体をディストリビュータ９から燃料ガス８と同等に噴出して火炎１２として燃焼できるので、パージガス３６ｂやパージガス３６ｂにより系路外に排出されるガス体を燃料電池システムの外部にそのまま可燃ガスとして放出することがなく、安全性の確保を行うことができる。
【００５１】
また、水素生成器１側のパージガス３６ｂやパージガス３６ｂにより系路外に排出されるガス体をディストリビュータ９から燃料ガス８と同等に噴出して火炎１２として燃焼できるので、パージガス３６ｂやパージガス３６ｂにより系路外に排出されるガス体を燃料電池システムの外部にそのまま可燃ガスとして放出することがなく、安全性の確保を行うことができる。
【００５２】
また、カソード５０側のパージガス３６ａやパージガス３６ａとカソード空気５６の混合ガスを空気噴出部１０側に供給して、そこで更に空気１１で希釈する形となるので、空気噴出部１０の上流側への逆火する条件を減少することができる。
【００５３】
また、空気室１８と空気噴出部１０の間に隔壁３３を介して混合室３２を形成し、混合室３２にパージガス３６ａ等を供給するので、混合室３２に火炎１２が逆火してもその周囲に空気室１８が構成しているので、燃焼装置５外部への放熱を防止して安全性を確保することができる。
【００５４】
また、水素生成器１の加熱用の燃焼装置５によりパージガス３６ａ、ｂやパージガス３６により系路外に排出されるガス体を燃焼できるので、パージガス排出処理のための構成を簡素化でき、コストダウンや信頼性を確保することを行うことができる。
【００５５】
また、燃料電池システムの諸系路のパージガス排出処理が確実に行えるので、水素生成器１の触媒層３の劣化防止や水素雰囲気の解消による安全性の確保を行うことができる。
【００５６】
また、燃焼装置５によりパージガス３６ａ、ｂやパージガス３６ａ、ｂにより系路外に排出されるガス体を良好な燃焼で処理できるので、きれいな排気ガス（不活性ガス）として排出することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【００５８】
図２において、燃焼装置５は、燃料電池システムに供給する生成ガス４を発生させる水素生成器１の加熱用に用いる構成にしている。
【００５９】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【００６０】
燃料電池３８のカソード（空気極）５０のパージガス３６ａ（都市ガス６やＬＰＧ等の炭化水素系燃料）やパージガス３６ａによりカソード５０から排出されるカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスをパージガス管３５により燃焼装置５の混合室３２に送り、空気噴出部１０から空気１１と共に噴出させて燃焼させる。燃料電池３８のアノード（燃料極）３９のパージガス３６ｂやパージガス３６ｂによりアノード３９から排出されるオフガス７やオフガスとパージガス３６ｂの混合ガスを燃焼装置５のディストリビュータ９に送り、燃料ガス８（都市ガス６やＬＰＧ等の炭化水素系燃料）と共に噴出するか燃料ガス８の替わりに噴出して火炎１２を形成し燃焼させる。水素生成器１（触媒層３や変成部４８や選択酸化部４９を含む系路）のパージガス３６ｂやパージガス３６ｂによりアノード３９から排出されるオフガス７やオフガスとパージガス３６ｂの混合ガスを燃焼装置５のディストリビュータ９に送り、燃料ガス８（都市ガス６やＬＰＧ等の炭化水素系燃料）と共に噴出するか燃料ガス８の替わりに噴出して火炎１２を形成し燃焼させる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態においては、水素生成器１の加熱用の燃焼装置５でバージガス排出処理を行うことができるので、燃焼装置５を共通化でき、構成も簡単になりコストダウンを図ることができる。
【００６２】
また、カソード空気５６が含まれるカソード５０のパージガス排出処理において、パージガス３６ａ等を空気噴出部１０側に導入して空気１１と混合して噴出するので、燃焼装置５の燃焼室１５等の構成を変えることなく使用でき、安定した燃焼を行うことができる。
【００６３】
（実施の形態３）
図２は、本発明の第３の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【００６４】
図２において、燃焼装置５は、パージガス３６ａを燃料電池システムに水素を供給する水素生成器１の原料ガス２を使用する構成にしている。
【００６５】
以上のように構成された燃焼装置について、以下その動作、作用について説明する。
【００６６】
発電を停止してカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、燃料弁５７を切り替えて、原料供給管４１からカソードパージガス管５８にパージガス３６ａを送り、空気入り弁５５を切り替えてパージガス３６ａをカソード５０内に導入する。
【００６７】
また、発電を停止してアノード３９をパージガス３６ｂで置換するときは、燃焼装置５の燃焼を停止し、送風手段２０によりポストパージを行い、触媒層３の温度を約１５０℃に低下させた後に、原料供給管４１からパージガス３６ｂを水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９に順次供給し、オフガス管４３を介してアノード３９内に導入する。
【００６８】
また、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するときは、アノード３９側のパージガス排出処理と合わせて行い、原料供給管４１からパージガス３６ｂを水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９に順次供給する。
【００６９】
以上のように、本実施の形態においては、パージガス３６ａは、燃料電池システムに水素を供給する水素生成器１の原料ガス２と同一にしたことにより、水素生成器１の加熱用燃焼装置５で定常の燃焼を行うのと同等の燃焼でパージガス排出処理が行えるので、構成も簡素化し、コストダウンを実現し、信頼性を高めることができる。
【００７０】
また、原料ガス２をパージガス３６ａとして使用するので、窒素ガス等の不活性ガス用のボンベ設備やガスの供給の手間が省略され、パージガス３６ａの供給を簡便化することができる。
【００７１】
また、原料ガス２より、カソード３９側のカソード空気５６やアノード５０側のオフガス７や水素生成器１側のオフガス７を系路外に排出するので、燃料電池システムの劣化防止や安全性の確保を行うことができる。
【００７２】
（実施の形態４）
図１は、本発明の第４の実施の形態における燃焼装置５を示す断面図である。
【００７３】
また、図２は、本発明の第４の実施の形態における燃料電池システムの系路図である。
【００７４】
図１、図２において、混合室３２は、隔壁３３に複数個の連通口３４を設け、空気室１８から空気１１を供給している。
【００７５】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【００７６】
発電を停止してカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、原料供給管４１からカソードパージガス管５８にパージガス３６ａを送り、カソード５０内からパージガス３６ａにより押し出されたカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスをパージガス管３５に送り、混合室３２に供給して空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行う。この時、混合室３２には、隔壁３３に設けた複数個の連通口３４から送風手段２０から供給される空気１１が均一化されて流入し、混合室３２内でパージガス３６ａやパージガス３６ａにより押し出される混合ガスと混合して、新たな混合気を形成して燃焼室１５に噴出する。
【００７７】
以上のように、本実施の形態においては、混合室３２内に複数個の連通口３４から空気１１を分散して供給するので、パージガス３６ａやパージガス３６ａにより押し出される混合ガスと空気１１の混合を促進し濃度を均一に保ち、空気噴出部から噴出して、安定な燃焼を行うことができる。
【００７８】
また、カソード５０側のパージガス３６ａやパージガス３６ａとカソード空気５６の混合ガスを空気噴出部１０側に供給して、そこで更に空気１１で希釈する形となるので、空気噴出部１０の上流側への逆火する条件を減少することができる。
【００７９】
また、混合室３２は、隔壁３３により空気室１８と仕切られているので、空気室１８には可燃ガスが流入せず、空気室１８への逆火を防止し、外部への熱の放射も遮断でき、安全を確保することができる。
【００８０】
（実施の形態５）
図２は、本発明の第５の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【００８１】
図２において、パージガス管３５は、その管内流速がパージガス３６ａの燃焼速度以上になるように構成している。
【００８２】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【００８３】
発電を停止してカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、原料供給管４１からカソードパージガス管５８にパージガス３６ａを送り、カソード５０内からパージガス３６ａにより押し出されたカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスをパージガス管３５に送る。また、燃料電池システムを起動する時は、カソード５０内に置換空気６６を供給し、カソード５０内に充填されていたパージガス３６ａをカソード５０の出口５１からパージガス管３５に押し出す。この時、パージガス３６ａや置換空気６６とパージガス３６ａの混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給され、空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行う。この時、パージガス管３５内のパージガス３６ａの単体やパージガス３６ａの混合ガスの流速をパージガス３６ａの燃焼速度（例えば、パージガス３６ａは、原料ガス２を使用する場合は、都市ガス６であるならば、その主成分メタンの燃焼速度は約０．３７ｍ／ｓである）以上になるように、パージガス管３６の内径の開口面積を構成している。これにより、パージガス管３５内のパージガス３６ａに着火して燃焼するよりも速く、パージガス管３５からパージガス３６ａが噴出して、パージガス管３５内で燃焼できないようにしている。
【００８４】
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管３５は、その管内流速がパージガス３６ａの燃焼速度以上になるように構成したことにより、混合室３２内に逆火してもパージガス管３５内に逆火することが無く、燃料電池システムの諸系路、例えばカソード５０側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。
【００８５】
また、加圧手段４２で供給する流量を一定に設定しておき、流量のすべてがパージガス３６ａの時の燃焼速度以上に合わせておけば、パージガス３６ａと空気５６とパージガス３６ａの混合ガスの場合でも管内流速がパージガス３６ａの燃焼速度以上になるようにできるので、逆火を防止することができる。
【００８６】
なお、加圧手段４２によりカソード５０側の系路に供給されるパージガス３６ａの流量や系路の全体に充填されるパージガス量からも、流速が燃焼速度以上になるようにパージガス排出処理の時間を決めることも可能である。
【００８７】
（実施の形態６）
図２は、本発明の第６の実施の形態における燃料電池システムの系路図である。
【００８８】
また、図３（ａ）は、本発明の第６の実施の形態における燃焼装置５を示す断面図、図３（ｂ）は燃焼室の上面図である。
【００８９】
図２、図３において、パージガス管３５は、混合室３２に臨ませる開口６７に複数個の孔６８を有するフタ６９を設け、その孔の開口がパージガス３６ａの消炎距離以下の径または長さになるように構成している。フタ６９は、パンチング板または金網または発泡金属、焼結金属、ポーラス状のセラミック等で構成している。
【００９０】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【００９１】
発電を停止してカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、原料供給管４１からカソードパージガス管５８にパージガス３６ａを送り、カソード５０内からパージガス３６ａにより押し出されたカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスをパージガス管３５に送る。また、燃料電池システムを起動する時は、カソード５０内に置換空気６６を供給し、カソード５０内に充填されていたパージガス３６ａをカソード５０の出口５１からパージガス管３５に押し出す。この時、パージガス３６ａや置換空気６６とパージガス３６ａの混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給され、空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、カソード５０側のパージガス排出処理を行う。この時、パージガス管３５の混合室３２に臨ませる開口６７にフタ６９を設け、そのフタ６９に孔６８の開口がパージガス３６ａの消炎距離（例えば、パージガス３６ａは、原料ガス２を使用する場合は、都市ガス６であり、その主成分メタンの消炎距離は約２ｍｍである）以下の径または長さになるように構成し、そこを通過するパージガス３６ａやカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスは、複数個の孔６８では火炎が形成しないようにしている。
【００９２】
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管３５は、混合室３２に臨ませる開口６７に複数個の孔６８を有するフタ６９を設け、その孔６８の開口がパージガス３６ａの消炎距離以下の径または長さ（スキマ）になるように構成したことにより、混合室３２内に逆火してもフタ６９の複数個の孔６８に火炎が形成しないので、パージガス管３５を介して燃料電池システムの諸系路、例えばカソード５０側の系路に逆火して燃料電池システムを損傷することを防止することができる。
【００９３】
（実施の形態７）
図４（ａ）は、本発明の第７の実施の形態における燃焼装置５を示す断面図、図４（ｂ）は燃焼室の上面図である。
【００９４】
図４において、パージガス管３５は、その開口６７から混合室３２に流入するパージガス３６ａが空気噴出部１０から噴出するときに炎検知部２９に影響を与えないような位置に設けている。
【００９５】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【００９６】
パージガス３６ａやパージガス３６ａと空気の混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給されると、混合室３２に空気室１８から流入する空気１１の量によっては空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出するパージガス３６ａの影響を受けて火炎１２がリフトする（例えば、空気１１が少ない場合は、パージガス３６ａが均一に混合しないで、空気噴出部１０から噴出してしまう）ので、火炎１２の一部が不安定な保炎となる。しかし、火炎１２全体としては、良好な燃焼を維持するので、この火炎１２の不安定な部分、例えばパージガス管３５の直上の空気噴出部１０に設けた空気噴出孔１４の近傍を避けた位置に炎検知部２９を設けて、火炎１２の不安定な部分による誤動作を防止するようにしている。
【００９７】
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管３５は、その開口６７から混合室３２に流入するパージガス３６ａが空気噴出部１０から噴出するときに炎検知部２９に影響を与えないような位置に設けたので、パージガス３６ａの流れが空気噴出部１０に形成する火炎１２の一部を乱してリフトする部分を避けるので、炎検知部２９の誤動作を防止して、安定した燃焼状態を持続させパージガス排出処理を行うことができる。
【００９８】
なお、熱電対を用いて炎検知部２９として構成するときは、例えば空気噴出部１０の空気噴出孔１４の一部を介して火炎１２の温度を測定するときにパージガス管３５の直上の空気噴出部１０に設けた空気噴出孔１４の近傍を避けた位置に設けて、火炎１２の不安定によるばらつきを低減して誤動作を防止することも可能である。
【００９９】
（実施の形態８）
図５は、本発明の第８の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【０１００】
図５において、パージガス管３５は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード５０側のパージガス３６ａを混合室３２に供給し、空気噴出部１０から空気１１とともに噴出し、火炎１２により燃焼させている。
【０１０１】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【０１０２】
発電終了後のカソード５０をパージガス３６ａで置換するときは、燃料弁５７を切り替えて、原料供給管４１からカソードパージガス管５８にパージガス３６ａを送り、空気入り弁５５を切り替えてパージガス３６ａをカソード５０内に導入する。空気出弁５９を切り替えてカソード５０内からパージガス３６ａにより押し出されたカソード空気５６やカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスをパージガス管３５に送り、混合室３２に供給して空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、パージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード５０内がパージガス３６ａだけで充填された後に封止弁６０と燃料弁５７を閉止状態にしてカソード５０側の系路をパージガス３６ａで封止する。
【０１０３】
発電開始前の燃料電池システムを起動するときは、カソード５０側では、置換空気供給手段６２を作動し、置換空気弁６３を開放し置換空気供給管６１から空気供給管５４を介してカソード５０の入口からカソード５０内に置換空気６６を供給し、カソード５０内に充填されていたパージガス３６ａをカソード５０の出口５１からパージガス管３５に押し出す。この時、封止弁６０を開放し、パージガス３６ａや置換空気６６とパージガス３６ａの混合ガスがパージガス管３５を通り混合室３２に供給され、空気噴出部１０から燃焼室１５に噴出し、火炎１２と共に燃焼するようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。このパージガス排出処理を所定の時間行い、カソード５０内が置換空気６６だけで充填された後に空気入り弁５５を切り替えて、空気供給管５４を介してカソード空気供給手段５３によって供給されるカソード空気５６をカソード５０の入口５２に供給するようにしている。
【０１０４】
以上のように、本実施の形態においては、パージガス管３５は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、カソード５０側のパージガス３６ａを混合室３２に供給し、空気噴出部１０から空気１１とともに噴出し、燃焼させたので、カソード（空気極）５０側から供給されるパージガス３６ａまたはパージガス３６ａとカソード空気５６（または置換空気６６）の混合気が混合室３２に供給され、空気１１と混合するだけなので、空気噴出部１０から噴出する混合気濃度は定常の燃焼よりも希薄で、ディストリビュータ９から噴出する燃料ガス８の燃焼を妨げることが無く、混合室３２内への逆火も防止することができ、安定したパージガス排出処理を行うことができる。
【０１０５】
また、パージガス３６ａやカソード空気５６とパージガス３６ａの混合ガスやパージガス３６ａや置換空気６６とパージガス３６ａの混合ガスが混合室３２に導入され、火炎１２と共に燃焼できるので、発電停止時と燃料電池システムの起動時において、パージガス３６ａやその混合気等の成分が変化しても対応でき、構成が簡素化され信頼性を向上することができる。
【０１０６】
また、カソード（空気極）５０をパージガス３６ａでパージするので、カソード５０の酸化による劣化を防止し、寿命を向上することがで来る。
【０１０７】
（実施の形態９）
図６は、本発明の第９の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【０１０８】
図６において、ディストリビュータ９は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード３９側のパージガス３６ｂまたはパージオフガス（パージオフガスは、オフガス７やパージガス３６ｂとオフガス７の混合気で形成している）を燃料ガス８とともに噴出し、火炎１２を形成して燃焼させている。
【０１０９】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【０１１０】
発電終了後のアノード３９をパージガス３６ｂで置換するときは、燃焼装置５の燃焼を停止し、送風手段２０によりポストパージを行い、触媒層３の温度を約１５０℃に低下させた後に、原料供給管４１からパージガス３６ｂを水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９に順次供給し、オフガス管４３を介してアノード３９内に導入する。アノード３９内からパージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やパージオフガスが燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成しパージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、アノード３９内がパージガス３６ｂだけで充填された後に、燃料入り弁４５と燃料出弁４７を閉止状態にしてアノード３９側の系路をパージガス３６ｂで封止するようにしている。
【０１１１】
発電開始前の燃料電池システムを起動するときは、アノード３９側では、水素生成器１の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス３６ｂで封止状態を維持している。水素生成器１側では、閉止弁６４とバーナ弁６５を開放して、燃料入り弁４５を介して連通管４６から燃料供給管３７にパージガス３６ｂを送るようにしている。原料供給管４１からは、燃料ガス８（パージガス３６ｂと同じ）を供給し、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するような形で燃焼装置５を燃焼させ、水素生成器１を加熱するようにしている。
【０１１２】
以上のように、本実施の形態においては、ディストリビュータ９は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、アノード３９側のパージガス３６ｂまたはパージオフガスを燃料ガス８とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガス３６ｂまたはパージオフガスをディストリビュータ９から噴出させる燃料ガス８として使用できるので、水素生成器１を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。
【０１１３】
また、パージガス３６ｂまたはパージオフガスは、可燃性の成分のため、火炎１２は、定常の燃料ガス８の燃焼と同等の排ガス特性を得ることができる。
【０１１４】
また、アノード（燃料極）５０をパージガス３６ｂでパージするので、水素が主体のオフガス７を排出できるので、爆発を防止して安全を確保することができる。
【０１１５】
（実施の形態１０）
図６は、本発明の第１０の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路である。
【０１１６】
図６において、ディストリビュータ９は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器１のパージガス３６ｂまたはパージオフガス（パージオフガスは、オフガス７やパージガス３６ｂとオフガス７の混合気で形成している）を燃料ガス８とともに噴出し、火炎１２を形成して燃焼させている。
【０１１７】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【０１１８】
発電終了後の水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するときは、アノード３９側のパージガス排出処理と合わせて行い、パージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やオフガス７とパージガスオフガス７０が燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成し、燃焼するようにして、パージガス排出処理を行う。このパージガス排出処理を所定の時間行い、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９内がパージガス３６ｂだけで充填された後に、閉止弁６４とバーナ弁６５を閉止状態にして水素生成器１側の系路をパージガス３６ｂで封止するようにしている。
【０１１９】
発電開始前の燃料電池システムを起動するときは、水素生成器１側では、閉止弁６４とバーナ弁６５を開放して、燃料入り弁４５を介して連通管４６から燃料供給管３７にパージガス３６ｂを送るようにしている。原料供給管４１からは、燃料ガス８（パージガス３６ｂと同じ）を供給し、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するような形で燃焼装置５を燃焼させ、水素生成器１を加熱するようにして、通常の水素生成器１の加熱と同じ動作を行うようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。
【０１２０】
以上のように、本実施の形態においては、ディストリビュータ９は、燃料電池システムの発電開始前および発電終了後の少なくとも一方において、水素生成器１のパージガス３６ｂまたはパージオフガス７０を燃料ガス８とともに噴出し、燃焼させたことにより、パージガス３６ｂまたはパージオフガスをディストリビュータ９から噴出させる燃料ガス８として使用できるので、水素生成器１を加熱する時の動作と同等の燃焼でパージガス排出処理行い、構成を簡素化し、信頼性を高めることができる。
【０１２１】
また、水素生成器１側をパージガス３６ｂでパージするので、水素が主体のオフガス７を排出できるので、爆発を防止して安全を確保することができる。
【０１２２】
また、触媒層３や変成部４８や選択酸化部４９をパージガス３６ｂでパージするので、触媒の劣化を防止して寿命を向上することができる。
【０１２３】
（実施の形態１１）
図２は、本発明の第１１の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【０１２４】
図２において、カソード５０側またはアノード３９側または水素生成器１側のパージガス３６ａ、ｂまたはパージオフガスを噴出し、燃焼させる時に、定常のディストリビュータ９から噴出する燃料ガス８と空気噴出部１０から供給する空気１１を用いて行う燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定している。
【０１２５】
以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。
【０１２６】
パージガス排出処理を行う前は、ディストリビュータ９から噴出する燃料ガス８と空気噴出部１０から供給する空気１１で種火を形成し、定常の燃焼の空気比（安定燃焼を維持するための所定の燃料ガス８（都市ガス６またはオフガス７等）に対する空気１１の量の比率）を過剰に設定し、前もって空気１１の量を増加させておく。燃焼装置５では、空気過剰においてもＣＯが発生しない排ガス特性が良好な領域があり、送風手段２０のばらつきを含めても良好な領域内に空気量の設定を行うようにしている。このような状態で、カソード５０側またはアノード３９側または水素生成器１側のパージガス３６ａ、ｂまたはパージオフガスを噴出し、燃料ガス８に追加して燃焼量が増大しても、増加している空気１１により、定常の燃焼に近い空気比になるので、安定した火炎１２を持続して形成するようにしている。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態においては、定常のディストリビュータ９から噴出する燃料ガス８と空気噴出部１０から供給する空気１１を用いて行う燃焼の空気比よりも空気過剰側に設定して燃焼させたので、カソード５０側のパージガス３６ａを空気噴出部１０から噴出した時やアノード３９側と水素生成器１側のパージガス３６ｂまたはパージオフガスをディストリビュータ９から噴出した時に、燃料ガス８に追加されるパージガス３６ｂまたはパージオフガスを定常燃焼の空気比に近い形で燃焼し、良好な排ガス特性を得て信頼性を高めることができる。
【０１２８】
また、空気過剰側に空気１１の流量を増加させ、一定に保ち、そこにパージガス３６ａ、ｂまたはパージオフガスの増加分を供給するので、燃料ガス８の増加に追随するような送風手段２０の複雑な制御が必要でなく、コストダウンを行うことができる。
【０１２９】
（実施の形態１２）
図２は、本発明の第１２の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【０１３０】
図２において、カソード５０側のパージガス３６ａとアノード３９側または水素生成器１側のパージガス３６ｂまたはパージオフガスの噴出が同時に起こらないようにパージガス３６ａ、ｂまたはパージオフガスの供給を行ってパージガス排出処理を行うようにしている。
【０１３１】
以上のように構成された水素生成器１について、以下その動作、作用について説明する。
【０１３２】
燃料電池システムの発電開始前および発電終了後のパージガス排出処理において、カソード５０側のパージガス排出処理とアノード３９側または水素生成器１側のパージガス排出処理の動作が、重ならないようにして、パージガス排出処理のための追加されるパージガス３６ａ、ｂまたはパージオフガスにより、火炎１２の燃焼量が増加して、水素生成器１の触媒層３の温度が急激に上昇しないようにしている。これにより、パージガス排出処理中において、触媒層３の温度をコントロールするようにしている。
【０１３３】
以上のように、本実施の形態においては、カソード５０側のパージガス３６ａの燃焼による加熱量の増加とアノード３９側または水素生成器１側のパージガス３６ｂまたはパージオフガス７０の燃焼による加熱量の増加が同時に起こらないので、水素生成器１の温度上昇を抑制して触媒層３の炭素析出を防止して、劣化を防止することができる。
【０１３４】
（実施の形態１３）
図２は、本発明の第１３の実施の形態における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図である。
【０１３５】
図２において、アノード３９側のパージガス３６ｂは、水素生成器１側の原料ガス２の供給用の系路を通過した後にアノード３９側に供給するようにしている。
【０１３６】
以上のように構成された燃焼装置５について、以下その動作、作用について説明する。
【０１３７】
水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するときは、アノード３９側のパージガス排出処理と同じ系路を使用し、パージガス３６ｂにより押し出されたオフガス７やパージオフガスが燃料供給管３７を通りディストリビュータ９に供給され、ノズル１３から燃焼室１５に噴出し、火炎１２を形成し、燃焼するようにして、パージガス排出処理を行うようにしている。
【０１３８】
燃料電池システムを起動するときは、アノード３９側では、水素生成器１の温度が所定の温度に上昇するまでは、パージガス３６ｂで封止状態を維持している。水素生成器１側では、連通管４６から燃料供給管３７にパージガス３６ｂを送るようにしている。原料供給管４１からは、燃料ガス８（パージガス３６ｂと同じ）を供給し、水素生成器１の触媒層３と変成部４８と選択酸化部４９をパージガス３６ｂで置換するような形で燃焼装置５を燃焼させ、水素生成器１を加熱するようにしている。
【０１３９】
以上のように、本実施の形態においては、アノード３９側と水素生成器１側のパージガス排出処理を一連の動作で行うので、構成を簡素化でき、コストダウンを図ると共に信頼性を高めることができる。
【０１４０】
なお、アノード３９側と水素生成器１側が一連の系路で直列に構成しなくても独立した系路によりパージガス３６ｂを供給することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
以上のように、本発明にかかる燃焼装置５は、定常の燃焼状態の火炎１２に他の可燃性のガスや空気を供給しても良好な燃焼を行うことができるので、排ガス再循環燃焼やごみ処理機の臭気防止等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】本発明の実施の形態１、４における燃焼装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１、２、３、４、５、１１，１２，１３における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図
【図３】本発明の実施の形態６における燃焼装置の要部拡大図
【図４】本発明の実施の形態７における燃焼装置の要部拡大図
【図５】本発明の実施の形態８における燃焼装置の要部拡大図
【図６】本発明の実施の形態９、１０における燃焼装置と燃料電池システムとの系路図
【符号の説明】
【０１４３】
１  水素生成器
５  燃焼装置
８  燃料（燃料ガス）
９  ディストリビュータ
１０  空気噴出部
１１  空気
１８  空気室
２０  送風手段
２９  炎検知手段（炎検知部）
３２  混合室
３３  隔壁
３５  パージガス管
３６ａ、ｂ  パージガス
３８  燃料電池
３９  アノード
５０  カソード
６７  開口
６８  孔
６９  フタ
【図１】
2006286279.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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